一种基于串联短路的3L-NPC变流器IGBT老化状态检测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种基于串联短路的3L

【技术实现步骤摘要】
一种基于串联短路的3L
‑
NPC变流器IGBT老化状态检测装置及方法


[0001]本专利技术属于电力电子领域，尤其涉及一种基于串联短路的3L
‑
NPC变流器IGBT老化状态检测装置及方法。

技术介绍

[0002]大功率3L
‑
NPC变流器广泛应用于矿井提升、高速列车牵引、交直流输配电等领域，绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块作为关键部件决定了该类变流器的可靠运行，在严苛的工作环境中，机械震动、电应力、热应力的循环冲击导致IGBT模块键合线退化、焊料层疲劳以及芯片材料老化，如不及时发现并更换老化器件，将会降低变流器性能甚至出现炸管等灾难性的后果，因此对IGBT模块老化状态检测的研究关系到整个大功率3L
‑
NPC变流器的可靠应用。
[0003]IGBT集电极
‑
发射极的导通压降被认为是最具代表性的故障指示，可对绑定线、焊料层、以及芯片退化综合评估。由功率循环实验可知，随着IGBT的老化，在恒定电流下所检测的导通压降将增大。通过外加恒流源的方法可提取导通压降，但只适用于小功率IGBT器件老化状态检测，对于高额定电流的大功率IGBT模块，受恒流源成本与体积的限制是无法输出高幅值恒定的窄脉冲电流，而低电流下的导通压降是无法用于老化状态分析的，因此需要提出新的老化检测方法，能够输出高电流，能够提取大功率3L
‑
NPC变流器中IGBT模块导通压降，从而评估IGBT健康状态。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于串联短路的3L
‑
NPC变流器IGBT老化状态检测装置及方法，用于解决上述问题。
[0005]本专利技术按以下技术方案实现：一方面，本专利技术提供了一种功率开关单元，所述功率开关单元适用于基于串联短路的3L
‑
NPC变流器IGBT老化状态检测，该功率开关单元由小功率IGBT器件Q
CSD
及驱动电路DRC组成；所述小功率IGBT器件Q
CSD
选用分立式封装；所述驱动电路DRC的门极驱动电压V
CC0
为小功率IGBT器件Q
CSD
转移特性曲线拐点处的门极电压。
[0006]在一种实施方式中，所述功率开关单元能够通过增加小功率IGBT器件Q
CSD
并联的数量提高短路电流。
[0007]在一种实施方式中，所述功率开关单元能够通过增加多个小功率IGBT器件Q
S
与小功率IGBT器件Q
CSD
串联，提高功率开关单元的耐受电压。
[0008]在一种实施方式中，所述功率开关单元能够通过小功率IGBT器件Q
CSD
和Q
S
并联均压电路，实现串联稳态均压。
[0009]在一种实施方式中，所述功率开关单元能够通过小功率IGBT器件Q
CSD
和Q
S
中至少有一个没有反并联二极管，避免负载电流流经功率开关单元。
[0010]第二方面，本专利技术提供了一种基于串联短路的3L
‑
NPC变流器IGBT老化状态检测装置，该装置包括：上述功率开关单元，导通压降检测单元及上位机；所述功率开关单元，用于与3L
‑
NPC电路中的待测IGBT模块形成串联短路，并确保窄脉冲短路电流恒值不变；所述导通压降检测单元，用于在串联短路过程中提取待测IGBT模块的导通压降；当待测IGBT模块发生了老化，导通压降将会上升，导通压降检测单元将检测的老化信息传递给上位机；所述上位机，用于控制待测IGBT模块与功率开关单元的开通和关断，并根据导通压降信息评估待测IGBT模块的老化状态。
[0011]在一种实施方式中，所述导通压降检测单元设置在待测IGBT模块的驱动中。
[0012]第三方面，一种基于权利要求6的基于串联短路的3L
‑
NPC变流器IGBT老化状态检测装置的检测方法，其特征在于：该方法包括：将3L
‑
NPC变流器中每一个待测IGBT模块并联一路导通压降检测单元；将3L
‑
NPC变流器中待测IGBT模块与功率开关单元构成串联短路；所述功率开关单元的耐受电压不能低于待测IGBT模块的额定电压；在未进行老化状态检测时，待测IGBT模块和功率开关单元均为关断状态；在进行老化状态检测时，先将待测IGBT模块开通，再将功率开关单元开通；在串联短路过程中提取待测IGBT模块导通压降，并通过上位机根据提取的导通压降分析待测器件的老化状态。
[0013]在一种实施方式中，将串联短路老化检测方法应用在单相3L
‑
NPC电路中，所述3L
‑
NPC变流器电路包括：四个待测IGBT模块Q
T1
，Q
T2
，Q
T3
和Q
T4
；其特征在于：将每一个待测IGBT模块并联一路导通压降检测单元；第一功率开关单元与IGBT模块Q
T2
并联，第二功率开关单元与IGBT模块Q
T3
并联；通过串联短路进行老化状态检测的具体步骤为：在未进行老化状态检测时，待测IGBT模块和功率开关单元均为关断状态；在检测待测IGBT模块Q
T1
和Q
T3
老化状态时，先将待测IGBT模块Q
T1
和Q
T3
开通，随后将第一功率开关单元开通；待测IGBT模块Q
T1
，第一功率开关单元，待测IGBT模块Q
T3
，钳位二极管模块D
D2
和半母线电容C
DC1
形成串联短路，短路电流路径为回路1；短路的能量由半母线电容C
DC1
提供，导通压降检测单元可同时提取待测IGBT模块Q
T1
和Q
T3
的导通压降，上位机根据提取的导通压降信息分析待测IGBT模块Q
T1
和Q
T3
的老化状态；在检测待测IGBT模块Q
T2
和Q
T4
老化状态时，先将待测IGBT模块Q
T2
和Q
T4
开通，随后将第二功率开关单元开通，于是钳位二极管模块D
D1
；待测IGBT模块Q
T2
，第二功率开关单元，待测IGBT模块Q
T4
和半母线电容C
DC2
形成串联短路，短路电流路径为回路2；短路的能量由半母线电容C
DC2
提供，导通压降检测单元可同时提取待测IGBT模块Q
T2
和Q
T4
的导通压降，上位机根据提取的导通压降分析待测IGBT模块Q
T2
和Q
T4
的老化状态。
[0014]在一种本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种功率开关单元，其特征在于：所述功率开关单元适用于基于串联短路的3L
‑
NPC变流器IGBT老化状态检测，该功率开关单元由小功率IGBT器件Q
CSD
及驱动电路DRC组成；所述小功率IGBT器件Q
CSD
选用分立式封装；所述驱动电路DRC的门极驱动电压V
CC0
为小功率IGBT器件Q
CSD
转移特性曲线拐点处的门极电压。2.根据权利要求1所述的功率开关单元，其特征在于：所述功率开关单元能够通过增加小功率IGBT器件Q
CSD
并联的数量提高短路电流。3.根据权利要求1所述的功率开关单元，其特征在于：所述功率开关单元能够通过增加多个小功率IGBT器件Q
S
与小功率IGBT器件Q
CSD
串联，提高功率开关单元的耐受电压。4.根据权利要求3所述的功率开关单元，其特征在于：所述功率开关单元能够通过小功率IGBT器件Q
CSD
和Q
S
中至少有一个没有反并联二极管，避免负载电流流经功率开关单元。5.根据权利要求1所述的功率开关单元，其特征在于：所述功率开关单元能够通过小功率IGBT器件Q
CSD
和Q
S
并联均压电路，实现串联稳态均压。6.一种基于串联短路的3L
‑
NPC变流器IGBT老化状态检测装置，其特征在于：该装置包括：权利要求1
‑
5任一项所述的功率开关单元，导通压降检测单元及上位机；所述功率开关单元，用于与3L
‑
NPC电路中的待测IGBT模块形成串联短路，并确保窄脉冲短路电流恒值不变；所述导通压降检测单元，用于在串联短路过程中提取待测IGBT模块的导通压降；当待测IGBT模块发生了老化，导通压降将会上升，导通压降检测单元将检测的老化信息传递给上位机；所述上位机，用于控制待测IGBT模块与功率开关单元的开通和关断，并根据导通压降信息评估待测IGBT模块的老化状态。7.一种基于权利要求6的基于串联短路的3L
‑
NPC变流器IGBT老化状态检测装置的检测方法，其特征在于：该方法包括：将3L
‑
NPC变流器中每一个待测IGBT模块并联一路导通压降检测单元；将3L
‑
NPC变流器中待测IGBT模块与功率开关单元构成串联短路；所述功率开关单元的耐受电压不能低于待测IGBT模块的额定电压；在未进行老化状态检测时，待测IGBT模块和功率开关单元均为关断状态；在进行老化状态检测时，先将待测IGBT模块开通，再将功率开关单元开通；在串联短路过程中提取待测IGBT模块导通压降，并通过上位机根据提取的导通压降分析待测器件的老化状态。8.根据权利要求7所述的基于串联短路的3L
‑
NPC变流器IGBT老化状态检测方法，将串联短路老化检测方法应用在单相3L
‑
NPC电路中，所述3L
‑
NPC变流器电路包括：四个待测IGBT模块Q
T1
，Q
T2
，Q
T3
和Q
T4
；其特征在于：将每一个待测IGBT模块并联一路导通压降检测...

【专利技术属性】
技术研发人员：张经纬，谭国俊，邱巧龙，邓大汗，
申请(专利权)人：江苏国传电气有限公司，
类型：发明
国别省市：